Прозрачные солнечные батареи от Ubiquitous Energy

Представьте себе мир, где любая поверхность может быть покрыта солнечными батареями, превращающими солнечный и даже искусственный свет в электроэнергию. Именно это является целью нового проекта под названием Ubiquitous Energy.

Компания надеется разработать доступные, прозрачные покрытия и пленки, которые могли бы собирать энергию света, будучи размещенными на окнах или мониторах портативных устройств. Одним из возможных вариантов использования этой технологии может стать производство электрохромных окон, которые меняют степень отражения в зависимости от яркости источника света.

Секрет технологии заключается в том, как фотоэлектрические компоненты взаимодействуют со светом: они собирают электромагнитные волны в ультрафиолетовой и инфракрасной части спектра, но позволяют видимому свету проходить насквозь. Для сравнения, обычные солнечные батареи собирают свет в ультрафиолетовом и видимом диапазоне, а значит, не могут быть полностью прозрачными.

«Этот подход, безусловно, будет интересным, если стоимость таких батарей будет снижена, а стабильность материалов увеличена», говорит Zhenan Bao, профессор химической инженерии в Стэнфордском Университете (Stanford University), которая не связана с проектом. Она добавляет, что собирая инфракрасный и ультрафиолетовый свет, технология фильтрует неблагоприятные для людей части спектра.

Miles Barr, президент и главный директор по технологиям Ubiquitous Energy, говорит, что прозрачные солнечные батареи сделаны из разных органических слоев, нанесенных одновременно на поверхность стекла или пленки. Этот процесс может быть легко интегрирован в тонкопленочные системы напыления, уже существующую в промышленных процессах технологию. Многие современные окна, например, имеют что-то наподобие покрытия для солнечного контроля или изоляции. Компания хочет работать по тому же принципу. Ubiquitous Energy, которая была выделена из лаборатории профессора электроинженерии в МТИ (MIT) Vladimir Bulović, пока еще не объявила о планах производства и ценообразования.

Статья, напечатанная в Applied Physics Letters в 2011 году, описывала спектрально-селективный подход компании: прототипы, сделанные из органических материалов, имели менее 2% эффективности и около 70% визуальной прозрачности. (Обычные окна требуют прозрачность в районе 55-90%, в то время как мобильные электронные дисплеи – 80-90%). Barr говорит, что его команда повысила как эффективность, так и прозрачность.

В то время как компания все еще находится на стадии исследований и разработок, ученые изучают разные материалы и конструкции для будущих продуктов. «Мы готовим каталог конструкций и ингредиентов для высокоэффективных устройств, которые могли бы подзаряжать мобильные приборы или компенсировать энергию для зданий», говорит Miles. «Как только вы преодолеваете 10% порог эффективности, открывается множество перспектив применения». Компания надеется достичь эффективности более 10% в «видимой прозрачности».

Есть и другие прозрачные солнечные батареи, но многие из них все еще собирают свет в видимом диапазоне и, следовательно, не имеют потенциала для подхода, когда видимый свет игнорируется. Эти материалы достигают полупрозрачности при редком нанесении на поверхность или когда фотоэлектрические устройства настолько тонкие, что позволяют свету проходить насквозь.

«Существующие фотоэлектрические технологии широко используют видимый ультрафиолетовый диапазон, но не используют инфракрасный», говорит Shenqiang Ren, профессор химии в Университете Канзаса (University of Kansas), который не является членом компании. «В солнечной радиации, есть около 45% лучистой энергии от инфракрасного света».

Компания Ubiquitous Energy ведет разработки по повышению эффективности в двух направлениях. Первый заключается в оптимизации дизайна полупроводниковых материалов. Существующие материалы включают молекулярные красители, которые имеют селективные пики поглощения в ультрафиолетовом и близком к инфракрасному спектру; Barr говорит, что компания разрабатывает материалы, которые поглощают больше энергии в инфракрасном диапазоне. Второй включает наномасштабную инженерию и настройки оптических помех внутри устройства для улучшения поглощения света – методы, используемые для повышения эффективности солнечных элементов непрозрачности. «Есть много возможностей, которые можно использовать для повышения производительности», говорит он.